CN114111107A - 基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于二氧化碳超临界循环的碳储存、基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，它包括质能转换系统和地下贮藏换热系统；利用海岸地下咸水层进行二氧化碳封存和开式换热，通过变压力二氧化碳注入，配合注入喷口变形实现对注入二氧化碳量和提取二氧化碳量的分配，通过共用一套地下工程，同时实现二氧化碳向海水中封存和地温能的提取等功能。

Description

基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统及 方法

技术领域

本发明属于二氧化碳封存和地源热泵技术领域，尤其涉及基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统及方法。

背景技术

封存二氧化碳是快速实现大气环境碳中和、碳达峰的重要技术手段，其中地下和海洋是现阶段实现大规模封存二氧化碳的最主要媒介。当前主流的碳封存技术为地下封存，如CN 204532450 U中将二氧化碳封存至地下卤水层，还可进一步利用所得热量进行发电。但是此种技术的二氧化碳储量有限，始终为固定量的二氧化碳，若能实现持续的碳消纳才是实现“3060”目标的有力支撑。在海水中，仅1%的二氧化碳以二氧化碳分子的形式残留，超过90%的二氧化碳为重碳酸盐离子形式。这些离子和碳酸、碳酸盐离子一起统称为溶解无机碳。相对于分子形式，离子形式的存储要更加稳定，所以海洋对二氧化碳的储存是属于比较长期的存储。因此海洋是目前为止开发潜力最大的碳储层。目前利用海洋封存二氧化碳的手段主要是直接在工业碳源侧进行大规模捕集并直接封存入相应海水储层；此外还有通过增强海洋肥力，利用海洋庞大的生物基数被动吸收消纳大气环境中的二氧化碳。

目前采用直接注入海水封存的技术手段主要有高压气态二氧化碳和液态二氧化碳两种形式，前者存在气态二氧化碳随波动容易上浮逃逸进入大气的情况，后者由于目标海水储层较深且需躲避洋流干扰，需要长的输配管道，沿程阻力损失较为严重。针对以上情形本技术方案采用地下封存和海洋封存结合的岸基中深井地下储藏技术，并将连续封存过程与热泵技术相结合实现碳储存、高温热泵的双功能。

二氧化碳热泵是自然工质热泵的重要成员，随着有机工质逐渐受限，其发展将逐渐受到业内重视。常规二氧化碳热泵若采用地热源，其地埋管总换热长度甚至需要大于传统有机工质热泵长度，因而地源侧中间换热介质循环过程中会造成大量延程损失。为改善相应性能因而发展起了二氧化碳直膨式热泵，如专利CN 108571835 A和专利CN 108375242A所述系统因考虑运行压力问题，均采用地下金属埋管，一方面可以满足承压，另一方面地埋管换热器单位延米换热强度是传统工程塑料埋管的5倍左右。但上述方案仍存在施工困难地下换热器成本过高的问题，难以进行大规模工程化应用和商业推广。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明目的是提供基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统及方法，利用海岸地下咸水层进行二氧化碳封存和开式换热，通过变压力二氧化碳注入，配合注入喷口变形实现对注入二氧化碳量和提取二氧化碳量的分配，通过共用一套地下工程，同时实现二氧化碳向海水中封存和地温能的提取等功能。一方面通过地下咸水层自然对流体系实现二氧化碳向海水中的类稳态迁移，实现二氧化碳的持续消纳封存；另一方面通过二氧化碳与地下海水的直接换热实现换热强度的极大提升。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，它包括质能转换系统和地下贮藏换热系统；

所述质能转换系统包括压缩膨胀机，压缩膨胀机与气液分离器相连，气液分离器与冷却器相连，冷却器同时与压缩膨胀机相连，气液分离器与反渗透水纯化装置相连，反渗透水纯化装置通过阀门组与地下贮藏换热系统相连；所述压缩膨胀机通过阀门组与第一压缩机相连；

所述地下贮藏换热系统包括开式地埋管系统，开式地埋管系统设置在地下土层的内部，开式地埋管系统的底端设置有喷口，地下土层的顶层为地表覆土，地下土层的一侧临近海洋。

所述压缩膨胀机包括膨胀机、第二压缩机和变速箱；膨胀机通过变速箱与第二压缩机相连。

所述反渗透水纯化装置是由反渗透膜将水槽分隔成高压侧水槽和低压侧水槽形成。

所述开式地埋管系统是由长管注入段、开式质能交换井段、短管提出管段组成；所述开式质能交换井段与外界环境发生质能交换，高压二氧化碳升温后一部分通过开式地埋管系统的短管提出管段返回系统，另一部分溶于地下海水，除通过地下土层、地表覆土、海洋组成的地下海水通道排向海水，还能够与地下矿物质结合存储于底层结构中。

所述阀门组包括第一三通阀门、第二三通阀门、截止阀和第三三通阀门；

所述第一三通阀门的出口与开式地埋管系统的长管注入段进口连接，开式地埋管系统的长管注入段出口与开式地埋管系统的开式质能交换井段进口连接，开式地埋管系统的开式质能交换井段出口与开式地埋管系统的短管提出管段进口连接，开式地埋管系统的短管提出管段出口与第二三通阀门入口相连，在这一段内二氧化碳流体分别经历吸热、质能交换、吸热几个工艺过程；

所述第二三通阀门用于二氧化碳循环与地下储水排出两个功能的切换，当需要排水时第二三通阀门和第三三通阀门入口相连并借第三三通阀门出口将海水排出；不需要排水时第二三通阀门出口与压缩膨胀机内的第二压缩机入口连接，压缩膨胀机内的压缩机出口与气液分离器入口相连，在这一段内二氧化碳流体分别经历升温升压、气液分离两个工艺过程；经分离后液体收集于罐底，此时气液分离器液相出口与截止阀入口相连，截止阀出口与反渗透水纯化装置的高压侧水槽进口相连，反渗透水纯化装置的高压侧水槽出口与第三三通阀门入口相连，此时高浓度卤水借第三三通阀门出口排放，纯净水存储于反渗透水纯化装置高压侧水槽内根据流量提取；经分离后二氧化碳变为干燥二氧化碳蒸汽，此时气液分离器气相出口与冷却器高温侧入口相连经历排热工艺，根据工艺需求冷却器低温侧能够通过带压水提取热量用于采暖，也能够变形为锅炉生产低温蒸汽；冷却器高温侧出口与压缩膨胀机内的膨胀机入口相连完成膨胀工艺并通过变速箱1c将回收功反哺给压缩膨胀机内的第二压缩机；压缩膨胀机内的膨胀机出口与第一三通阀门入口相连，并与捕集的二氧化碳汇流通过第一三通阀门出口排入地下；此外通过规模化捕集的二氧化碳通过第一压缩机进行升压，第一压缩机出口与第一三通阀门入口相连并与系统循环二氧化碳汇流通过第一三通阀门出口排入地下。

所述喷口包括喷口出口、执行机构舱、铠装线缆槽、液压缸体、Y字型连杆、圆柱形铰链、内侧叶片、中间叶片和外侧叶片；所述喷口出口口径为可变喷口，靠三层可动叶片实现喷口出口大小的调节，喷口最大口径与管道壁间空隙为执行机构舱，用于安置电机和液压装置，管道壁外侧固定有铠装线缆槽；液压缸体用于实现可动叶片行程动力，Y字型连杆用于实现液压缸体行程向可动叶片行程传递，圆柱形铰链实现Y字型连杆与可动叶片的转动连接；可动叶片采用内侧叶片、中间叶片和外侧叶片三层布置，三层叶片层与层之间交错布置且每层叶片通过微小旋转角可实现单层叶片的叠放，以实现叶片行程的最大变化，从而实现喷口的最大口径变化，根据需要对喷口采用深潜机器人进行替换和检修。

基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统的运行方法：

二氧化碳封存过程：

二氧化碳排放经捕集后由第一压缩机入口注入系统，系统调节第一三通阀门、第二三通阀门和第三三通阀门使经第一压缩机增压后的二氧化碳经由开式地埋管系统注入地下，由于采用开式系统，二氧化碳被地下海水吸收的量趋于稳定导致地下温度、压力逐渐提升，地下成井后存储的多余地下海水经由第二三通阀门和第三三通阀门排出系统；

二氧化碳与海水的质能交换过程：

当系统压力与地下压力环境处于基本稳定不再排出海水时，调节第一三通阀门、第二三通阀门和第三三通阀门使质能转换系统和地下贮藏换热系统联合运行；此时经捕集的二氧化碳由第一压缩机增压后进入系统，在第一三通阀门处与质能转换系统中运行的二氧化碳进行汇流，统一经由开式地埋管系统的长管注入段注入，通过用于捕集二氧化碳增压的第一压缩机、压缩膨胀机内的膨胀机、第一三通阀门和喷口的联合调节实现对注入二氧化碳压力和形态的调整，以控制封存二氧化碳和循环用二氧化碳比例；之后二氧化碳经由开式地埋管系统的开式质能交换井段，完成二氧化碳与地下海水的质能交换，带压二氧化碳通过被海水吸收，随地下土层、地表覆土和海洋组成的地下海水径流体系注入海洋或与地下矿物质结合实现对二氧化碳的存储，剩余部分经由开式地埋管系统的短管提出管段进入循环系统；

二氧化碳能量利用过程：

地下升温后的二氧化碳经由压缩膨胀机内的第二压缩机增压升温后，通过气液分离器分离排出水分；高温二氧化碳在冷却器中将热量供应给热负载，后通过压缩膨胀机内的膨胀机回收膨胀功在第一三通阀门处与捕集后经第一压缩机增压的二氧化碳进行汇流完成循环；分离出的水分经反渗透水纯化装置纯化后收集利用，浓卤水经第三三通阀门排放至海洋。

压缩膨胀机内的膨胀机入口至压缩膨胀机内的第二压缩机出口一段二氧化碳处于超临界状态，运行温度：90-200℃；运行压力6-8MPa；第一三通阀门出口至压缩膨胀机内的第二压缩机入口一段二氧化碳为过热气态，运行温度：5-15℃，运行压力3.5-5.5MPa。

开式地埋管系统的长管注入段和开式地埋管系统的短管提出管段采用直管布置利用地下水压头实现系统密封，打井深度依据地下水位及地下二氧化碳运行的温度、压力具体调整300-1000m；开式地埋管系统的开式质能交换井段采用定向钻井技术并设置相应坡度保证二氧化碳气体的顺利排出。

本发明有如下有益效果：

1、本发明综合考虑海水二氧化碳封存、二氧化碳热泵技术路线，通过共用岸基开式地下质能交换井技术将二者进行有机结合，提出了一种基于基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，同时实现了二氧化碳封存功能和地源热泵功能。利用二氧化碳本身灵活性高的特征实现了不同工况下不同二氧化碳消纳量的调节，当热负荷侧热负荷需求量升高质能转换系统流量需求量增加时，可通过增大换热系统运行压力增大喷口口径的方式实现，反之亦然。该系统极大的扩展了二氧化碳封存过程中的应用功能，并实现了热泵系统的灵活性调节。并且将海洋作为广阔的“二氧化碳库”可以实现二氧化碳的持续消纳，有效助力“3060”目标。

2、本发明首创岸基开式地下质能交换井技术，实现了二氧化碳的碳储存、高温热泵双功能。

3、本发明通过地下运行压力以及二氧化碳流态的调节，实现封存工艺和热泵工艺的流量分配，并实现了热泵系统的灵活性调节。

4、本发明涉及方案二氧化碳兼具超临界态和过热态，充分利用了各相态二氧化碳的性能特征。

5、本发明涉及方案单独设计的可调节喷口，并提供了相应实施方式。

本发明的次要保护点

6、本发明涉及方案利用岸基捕集二氧化碳，通过海水的自然通道将二氧化碳封存于海洋，同时利用地下矿物质吸收部分二氧化碳。

7、本发明涉及方案考虑了增压后饱和水蒸汽的分离及淡化，可以实现一定的海水淡化功能。

8、本发明涉及方案所述喷口采用模块化设计，维护过程中可通过水下机器人进行更换或者维护。

9、本发明涉及方案采用压缩膨胀一体化设计，减少了能量转换过程的能量损失。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明一种基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统示意图。

图2为本发明喷口结构轴向剖视图。

图3为本发明喷口结构透视图。

图4为本发明喷口结构径向剖视图。

图中：压缩膨胀机1、气液分离器2、冷却器3、反渗透水纯化装置4、开式地埋管系统5、地下土层6、地表覆土7、海洋8、阀门组9、喷口10、第一压缩机11；

膨胀机1a、第二压缩机1b、变速箱1c；

高压侧水槽4a、低压侧水槽4b、反渗透膜4c；

长管注入段5a、开式质能交换井段5b、短管提出管段5c；

第一三通阀门9a、第二三通阀门9b、截止阀9c、第三三通阀门9d；

喷口出口10a、执行机构舱10b、铠装线缆槽10c、液压缸体10d、Y字型连杆10e、圆柱形铰链10f、内侧叶片10g、中间叶片10h、外侧叶片10i。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，它包括质能转换系统和地下贮藏换热系统；所述质能转换系统包括压缩膨胀机1，压缩膨胀机1与气液分离器2相连，气液分离器2与冷却器3相连，冷却器3同时与压缩膨胀机1相连，气液分离器2与反渗透水纯化装置4相连，反渗透水纯化装置4通过阀门组9与地下贮藏换热系统相连；所述压缩膨胀机1通过阀门组9与第一压缩机11相连；所述地下贮藏换热系统包括开式地埋管系统5，开式地埋管系统5设置在地下土层6的内部，开式地埋管系统5的底端设置有喷口10，地下土层6的顶层为地表覆土7，地下土层6的一侧临近海洋8。通过采用上述系统其利用海岸地下咸水层进行二氧化碳封存和开式换热，通过变压力二氧化碳注入，配合注入喷口变形实现对注入二氧化碳量和提取二氧化碳量的分配，通过共用一套地下工程，同时实现二氧化碳向海水中封存和地温能的提取等功能。

进一步的，所述压缩膨胀机1包括膨胀机1a、第二压缩机1b和变速箱1c；膨胀机1a通过变速箱1c与第二压缩机1b相连。通过压缩膨胀机1能够用于提供整个系统运行的动力。

进一步的，所述反渗透水纯化装置4是由反渗透膜4c将水槽分隔成高压侧水槽4a和低压侧水槽4b形成。反渗透水纯化装置4能够用于纯水的提取。

进一步的，所述开式地埋管系统5是由长管注入段5a、开式质能交换井段5b、短管提出管段5c组成；所述开式质能交换井段5b与外界环境发生质能交换，高压二氧化碳升温后一部分通过开式地埋管系统5的短管提出管段5c返回系统，另一部分溶于地下海水，除通过地下土层6、地表覆土7、海洋8组成的地下海水通道排向海水，还能够与地下矿物质结合存储于底层结构中。

进一步的，所述阀门组9包括第一三通阀门9a、第二三通阀门9b、截止阀9c和第三三通阀门9d；所述第一三通阀门9a的出口与开式地埋管系统5的长管注入段5a进口连接，开式地埋管系统5的长管注入段5a出口与开式地埋管系统5的开式质能交换井段5b进口连接，开式地埋管系统5的开式质能交换井段5b出口与开式地埋管系统5的短管提出管段5c进口连接，开式地埋管系统5的短管提出管段5c出口与第二三通阀门9b入口相连，在这一段内二氧化碳流体分别经历吸热、质能交换、吸热几个工艺过程。

进一步的，所述第二三通阀门9b用于二氧化碳循环与地下储水排出两个功能的切换，当需要排水时第二三通阀门9b和第三三通阀门9d入口相连并借第三三通阀门9d出口将海水排出；不需要排水时第二三通阀门9b出口与压缩膨胀机1内的第二压缩机1b入口连接，压缩膨胀机1内的压缩机1b出口与气液分离器2入口相连，在这一段内二氧化碳流体分别经历升温升压、气液分离两个工艺过程；经分离后液体收集于罐底，此时气液分离器2液相出口与截止阀9c入口相连，截止阀9c出口与反渗透水纯化装置4的高压侧水槽4a进口相连，反渗透水纯化装置4的高压侧水槽4a出口与第三三通阀门9d入口相连，此时高浓度卤水借第三三通阀门9d出口排放，纯净水存储于反渗透水纯化装置4高压侧水槽4b内根据流量提取；经分离后二氧化碳变为干燥二氧化碳蒸汽，此时气液分离器2气相出口与冷却器3高温侧入口相连经历排热工艺，根据工艺需求冷却器3低温侧能够通过带压水提取热量用于采暖，也能够变形为锅炉生产低温蒸汽；冷却器3高温侧出口与压缩膨胀机1内的膨胀机1a入口相连完成膨胀工艺并通过变速箱1c将回收功反哺给压缩膨胀机1内的第二压缩机1b；压缩膨胀机1内的膨胀机1a出口与第一三通阀门9a入口相连，并与捕集的二氧化碳汇流通过第一三通阀门9a出口排入地下；此外通过规模化捕集的二氧化碳通过第一压缩机11进行升压，第一压缩机11出口与第一三通阀门9a入口相连并与系统循环二氧化碳汇流通过第一三通阀门9a出口排入地下。

进一步的，参见2，所述喷口10包括喷口出口10a、执行机构舱10b、铠装线缆槽10c、液压缸体10d、Y字型连杆10e、圆柱形铰链10f、内侧叶片10g、中间叶片10h和外侧叶片10i；所述喷口出口10a口径为可变喷口，靠三层可动叶片实现喷口出口大小的调节，喷口最大口径与管道壁间空隙为执行机构舱10b，用于安置电机和液压装置，管道壁外侧固定有铠装线缆槽10c；参见图3，液压缸体10d用于实现可动叶片行程动力，Y字型连杆10e用于实现液压缸体10d行程向可动叶片行程传递，圆柱形铰链10f实现Y字型连杆10e与可动叶片的转动连接；参见图4，可动叶片采用内侧叶片10g、中间叶片10h和外侧叶片10i三层布置，三层叶片层与层之间交错布置且每层叶片通过微小旋转角可实现单层叶片的叠放，以实现叶片行程的最大变化，从而实现喷口的最大口径变化，根据需要对喷口采用深潜机器人进行替换和检修。

实施例2：

基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统的运行方法：

二氧化碳封存过程：

二氧化碳排放经捕集后由第一压缩机11入口注入系统，系统调节第一三通阀门9a、第二三通阀门9b和第三三通阀门9d使经第一压缩机11增压后的二氧化碳经由开式地埋管系统5注入地下，由于采用开式系统，二氧化碳被地下海水吸收的量趋于稳定导致地下温度、压力逐渐提升，地下成井后存储的多余地下海水经由第二三通阀门9b和第三三通阀门9d排出系统；

二氧化碳与海水的质能交换过程：

当系统压力与地下压力环境处于基本稳定不再排出海水时，调节第一三通阀门9a、第二三通阀门9b和第三三通阀门9d使质能转换系统和地下贮藏换热系统联合运行；此时经捕集的二氧化碳由第一压缩机11增压后进入系统，在第一三通阀门9a处与质能转换系统中运行的二氧化碳进行汇流，统一经由开式地埋管系统5的长管注入段5a注入，通过用于捕集二氧化碳增压的第一压缩机11、压缩膨胀机1内的膨胀机1a、第一三通阀门9a和喷口10的联合调节实现对注入二氧化碳压力和形态的调整，以控制封存二氧化碳和循环用二氧化碳比例；之后二氧化碳经由开式地埋管系统5的开式质能交换井段5b，完成二氧化碳与地下海水的质能交换，带压二氧化碳通过被海水吸收，随地下土层6、地表覆土7和海洋8组成的地下海水径流体系注入海洋或与地下矿物质结合实现对二氧化碳的存储，剩余部分经由开式地埋管系统5的短管提出管段5c进入循环系统；

二氧化碳能量利用过程：

地下升温后的二氧化碳经由压缩膨胀机1内的第二压缩机1b增压升温后，通过气液分离器2分离排出水分；高温二氧化碳在冷却器3中将热量供应给热负载，后通过压缩膨胀机1内的膨胀机1a回收膨胀功在第一三通阀门9a处与捕集后经第一压缩机11增压的二氧化碳进行汇流完成循环；分离出的水分经反渗透水纯化装置4纯化后收集利用，浓卤水经第三三通阀门9d排放至海洋。

进一步的，压缩膨胀机1内的膨胀机1a入口至压缩膨胀机1内的第二压缩机1b出口一段二氧化碳处于超临界状态，运行温度：90-200℃；运行压力6-8MPa；第一三通阀门9a出口至压缩膨胀机1内的第二压缩机1b入口一段二氧化碳为过热气态，运行温度：5-15℃，运行压力3.5-5.5MPa。

进一步的，开式地埋管系统5的长管注入段5a和开式地埋管系统5的短管提出管段5c采用直管布置利用地下水压头实现系统密封，打井深度依据地下水位及地下二氧化碳运行的温度、压力具体调整300-1000m；开式地埋管系统5的开式质能交换井段5b采用定向钻井技术并设置相应坡度保证二氧化碳气体的顺利排出。

Claims (9)

1.基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，其特征在于：它包括质能转换系统和地下贮藏换热系统；

所述质能转换系统包括压缩膨胀机（1），压缩膨胀机（1）与气液分离器（2）相连，气液分离器（2）与冷却器（3）相连，冷却器（3）同时与压缩膨胀机（1）相连，气液分离器（2）与反渗透水纯化装置（4）相连，反渗透水纯化装置（4）通过阀门组（9）与地下贮藏换热系统相连；所述压缩膨胀机（1）通过阀门组（9）与第一压缩机（11）相连；

所述地下贮藏换热系统包括开式地埋管系统（5），开式地埋管系统（5）设置在地下土层（6）的内部，开式地埋管系统（5）的底端设置有喷口（10），地下土层（6）的顶层为地表覆土（7），地下土层（6）的一侧临近海洋（8）。

2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，其特征在于：所述压缩膨胀机（1）包括膨胀机（1a）、第二压缩机（1b）和变速箱（1c）；膨胀机（1a）通过变速箱（1c）与第二压缩机（1b）相连。

3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，其特征在于：所述反渗透水纯化装置（4）是由反渗透膜（4c）将水槽分隔成高压侧水槽（4a）和低压侧水槽（4b）形成。

4.根据权利要求1所述的基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，其特征在于：所述开式地埋管系统（5）是由长管注入段（5a）、开式质能交换井段（5b）、短管提出管段（5c）组成；所述开式质能交换井段（5b）与外界环境发生质能交换，高压二氧化碳升温后一部分通过开式地埋管系统（5）的短管提出管段（5c）返回系统，另一部分溶于地下海水，除通过地下土层（6）、地表覆土（7）、海洋（8）组成的地下海水通道排向海水，还能够与地下矿物质结合存储于底层结构中。

5.根据权利要求1所述的基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，其特征在于：所述阀门组（9）包括第一三通阀门（9a）、第二三通阀门（9b）、截止阀（9c）和第三三通阀门（9d）；

所述第一三通阀门（9a）的出口与开式地埋管系统（5）的长管注入段（5a）进口连接，开式地埋管系统（5）的长管注入段（5a）出口与开式地埋管系统（5）的开式质能交换井段（5b）进口连接，开式地埋管系统（5）的开式质能交换井段（5b）出口与开式地埋管系统（5）的短管提出管段（5c）进口连接，开式地埋管系统（5）的短管提出管段（5c）出口与第二三通阀门（9b）入口相连，在这一段内二氧化碳流体分别经历吸热、质能交换、吸热几个工艺过程；

所述第二三通阀门（9b）用于二氧化碳循环与地下储水排出两个功能的切换，当需要排水时第二三通阀门（9b）和第三三通阀门（9d）入口相连并借第三三通阀门（9d）出口将海水排出；不需要排水时第二三通阀门（9b）出口与压缩膨胀机（1）内的第二压缩机（1b）入口连接，压缩膨胀机（1）内的压缩机（1b）出口与气液分离器（2）入口相连，在这一段内二氧化碳流体分别经历升温升压、气液分离两个工艺过程；经分离后液体收集于罐底，此时气液分离器（2）液相出口与截止阀（9c）入口相连，截止阀（9c）出口与反渗透水纯化装置（4）的高压侧水槽（4a）进口相连，反渗透水纯化装置（4）的高压侧水槽（4a）出口与第三三通阀门（9d）入口相连，此时高浓度卤水借第三三通阀门（9d）出口排放，纯净水存储于反渗透水纯化装置（4）高压侧水槽（4b）内根据流量提取；经分离后二氧化碳变为干燥二氧化碳蒸汽，此时气液分离器（2）气相出口与冷却器（3）高温侧入口相连经历排热工艺，根据工艺需求冷却器（3）低温侧能够通过带压水提取热量用于采暖，也能够变形为锅炉生产低温蒸汽；冷却器（3）高温侧出口与压缩膨胀机（1）内的膨胀机（1a）入口相连完成膨胀工艺并通过变速箱1c将回收功反哺给压缩膨胀机（1）内的第二压缩机（1b）；压缩膨胀机（1）内的膨胀机（1a）出口与第一三通阀门（9a）入口相连，并与捕集的二氧化碳汇流通过第一三通阀门（9a）出口排入地下；此外通过规模化捕集的二氧化碳通过第一压缩机（11）进行升压，第一压缩机（11）出口与第一三通阀门（9a）入口相连并与系统循环二氧化碳汇流通过第一三通阀门（9a）出口排入地下。

6.根据权利要求1所述的基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统，其特征在于：所述喷口（10）包括喷口出口（10a）、执行机构舱（10b）、铠装线缆槽（10c）、液压缸体（10d）、Y字型连杆（10e）、圆柱形铰链（10f）、内侧叶片（10g）、中间叶片（10h）和外侧叶片（10i）；所述喷口出口（10a）口径为可变喷口，靠三层可动叶片实现喷口出口大小的调节，喷口最大口径与管道壁间空隙为执行机构舱（10b），用于安置电机和液压装置，管道壁外侧固定有铠装线缆槽（10c）；液压缸体（10d）用于实现可动叶片行程动力，Y字型连杆（10e）用于实现液压缸体（10d）行程向可动叶片行程传递，圆柱形铰链（10f）实现Y字型连杆（10e）与可动叶片的转动连接；可动叶片采用内侧叶片（10g）、中间叶片（10h）和外侧叶片（10i）三层布置，三层叶片层与层之间交错布置且每层叶片通过微小旋转角可实现单层叶片的叠放，以实现叶片行程的最大变化，从而实现喷口的最大口径变化，根据需要对喷口采用深潜机器人进行替换和检修。

7.权利要求1-6任意一项所述基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统的运行方法，其特征在于：

二氧化碳封存过程：

二氧化碳排放经捕集后由第一压缩机（11）入口注入系统，系统调节第一三通阀门（9a）、第二三通阀门（9b）和第三三通阀门（9d）使经第一压缩机（11）增压后的二氧化碳经由开式地埋管系统（5）注入地下，由于采用开式系统，二氧化碳被地下海水吸收的量趋于稳定导致地下温度、压力逐渐提升，地下成井后存储的多余地下海水经由第二三通阀门（9b）和第三三通阀门（9d）排出系统；

二氧化碳与海水的质能交换过程：

当系统压力与地下压力环境处于基本稳定不再排出海水时，调节第一三通阀门（9a）、第二三通阀门（9b）和第三三通阀门（9d）使质能转换系统和地下贮藏换热系统联合运行；此时经捕集的二氧化碳由第一压缩机（11）增压后进入系统，在第一三通阀门（9a）处与质能转换系统中运行的二氧化碳进行汇流，统一经由开式地埋管系统（5）的长管注入段（5a）注入，通过用于捕集二氧化碳增压的第一压缩机（11）、压缩膨胀机（1）内的膨胀机（1a）、第一三通阀门（9a）和喷口（10）的联合调节实现对注入二氧化碳压力和形态的调整，以控制封存二氧化碳和循环用二氧化碳比例；之后二氧化碳经由开式地埋管系统（5）的开式质能交换井段（5b），完成二氧化碳与地下海水的质能交换，带压二氧化碳通过被海水吸收，随地下土层（6）、地表覆土（7）和海洋（8）组成的地下海水径流体系注入海洋或与地下矿物质结合实现对二氧化碳的存储，剩余部分经由开式地埋管系统（5）的短管提出管段（5c）进入循环系统；

二氧化碳能量利用过程：

地下升温后的二氧化碳经由压缩膨胀机（1）内的第二压缩机（1b）增压升温后，通过气液分离器（2）分离排出水分；高温二氧化碳在冷却器（3）中将热量供应给热负载，后通过压缩膨胀机（1）内的膨胀机（1a）回收膨胀功在第一三通阀门（9a）处与捕集后经第一压缩机（11）增压的二氧化碳进行汇流完成循环；分离出的水分经反渗透水纯化装置（4）纯化后收集利用，浓卤水经第三三通阀门（9d）排放至海洋。

8.根据权利要求7所述基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统的运行方法，其特征在于：压缩膨胀机（1）内的膨胀机（1a）入口至压缩膨胀机（1）内的第二压缩机（1b）出口一段二氧化碳处于超临界状态，运行温度：90-200℃；运行压力6-8MPa；第一三通阀门（9a）出口至压缩膨胀机（1）内的第二压缩机（1b）入口一段二氧化碳为过热气态，运行温度：5-15℃，运行压力3.5-5.5MPa。

9.根据权利要求7所述基于二氧化碳超临界循环的碳储存、高温热泵双功能系统的运行方法，其特征在于：开式地埋管系统（5）的长管注入段（5a）和开式地埋管系统（5）的短管提出管段（5c）采用直管布置利用地下水压头实现系统密封，打井深度依据地下水位及地下二氧化碳运行的温度、压力具体调整300-1000m；开式地埋管系统（5）的开式质能交换井段（5b）采用定向钻井技术并设置相应坡度保证二氧化碳气体的顺利排出。

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